月面五星紅旗用了哪些高科技

本報記者　劉揚

記者從國家航天局獲悉，嫦娥五號在順利完成月面自動采樣封裝之后于3日深夜成功飛離月面，而在點火起飛前，著陸器上升器組合體攜帶的一面“織物版”五星紅旗成功展開。2013年12月15日嫦娥三號著陸器與玉兔號月球車完美互拍實現(xiàn)中國國旗首次亮相月球，2018年12月8日嫦娥四號探測器將國旗帶向月球背面。《環(huán)球時報》記者從月面展示國旗系統(tǒng)的研制單位獲悉，嫦娥五號探測器國旗展示的方式與嫦娥三號和嫦娥四號有很大不同，且研制難度又邁上了一個臺階。

選材用時超1年

記者從研制單位中國航天科工集團航天三江九部獲悉，嫦娥五號月面國旗展示系統(tǒng)是本次任務(wù)有效載荷分系統(tǒng)一個關(guān)鍵項目。與嫦娥三號、嫦娥四號以及玉兔月球車上的國旗采用噴涂方式不同，嫦娥五號國旗則是一面真正的旗幟。由于宇宙擁有很強的電磁輻射，以及月球表面有著正負150攝氏度的溫差等惡劣環(huán)境，這就決定了普通國旗無法在月球上使用。

據(jù)介紹，在國旗展示系統(tǒng)立項初期，科研團隊設(shè)計了多種展示形式，既有記憶合金展示方案等通過卷軸形式展開國旗，也有通過折扇形式展開國旗等方案，但通過高低溫試驗后發(fā)現(xiàn)，只有卷軸形式展開的國旗比較平整，不會出現(xiàn)褶皺等情況。但如何保證國旗展開時擁有足夠的強度，保持平整，研制團隊圍繞這一問題做了很多理論研究和模擬試驗。他們在研究中發(fā)現(xiàn)，雖然有些纖維材料的強度很高，但染色性能較差，染色性能較好的纖維材料，強度又達不到要求，因此單一纖維和紡織工藝都無法滿足月面環(huán)境的要求。同時，還要保證國旗卷起時在正負150攝氏度溫差環(huán)境下不能粘連在一起。

據(jù)國旗展示系統(tǒng)項目指揮馬威介紹，“國旗展示系統(tǒng)是艙外單機系統(tǒng)，自運載火箭拋掉整流罩后，從地月轉(zhuǎn)移軌道進入月球軌道，再到探測器著陸在月球上，它都一直暴露在極端惡劣環(huán)境中。我們通過試驗發(fā)現(xiàn)，如果把地球上使用的國旗放在月球上，它的顏色在很短時間內(nèi)就會褪色、串色，甚至分解。”

對于首次接受宇航研制任務(wù)的該團隊來講，完全是摸著石頭過河，其巨大的技術(shù)難題擺在了眼前。國旗展示系統(tǒng)技術(shù)負責(zé)人程昌表示，科研團隊在選材上花費的時間就超過1年，最終挑選出了二三十種纖維材料，然后通過做包括熱匹配性、耐高低溫、防靜電、防月球塵埃等在內(nèi)的物理試驗，科研團隊最終決定采用某新型復(fù)合材料，從而保證國旗能夠抵御月表惡劣環(huán)境，不褪色、不串色、不變形。馬威說，“雖然只是一面薄薄的國旗，但科技含量十分高。”

整個系統(tǒng)重量控制在1公斤

據(jù)《環(huán)球時報》記者了解，國旗展示系統(tǒng)由月面國旗、壓緊釋放裝置、展開機構(gòu)三部分組成。按照研制單位的說法，整套系統(tǒng)在折疊狀態(tài)下像超大號的“月光寶盒”，長約半米多，隨嫦娥五號著陸月球后接收指令解鎖打開。整個系統(tǒng)的重量只有1公斤。馬威表示，旗面尺寸經(jīng)過了綜合考慮，目的是盡量突出視場效果，讓相機拍出來的照片既能看到月表一部分，深空一部分，也能看到著陸器的一部分，如果國旗太大或太小，照片都無法呈現(xiàn)出豐富的元素。

由于嫦娥五號國旗展示系統(tǒng)的重量只有1公斤，研制團隊圍繞系統(tǒng)減重下了大量功夫，不僅材料要輕質(zhì)化，而且還要對設(shè)備進行“瘦身”。面對月表惡劣的溫差環(huán)境，也對國旗展示系統(tǒng)的工藝設(shè)計、集成設(shè)計提出很高要求。

據(jù)研制單位介紹，國旗展示系統(tǒng)立項時，先后論證過多種備選方案，但考慮到復(fù)雜性和重量等原因，最終選擇使用二級桿的方式來呈現(xiàn)。國旗展示系統(tǒng)項目負責(zé)人李云峰表示，“我們之所以采用桿系結(jié)構(gòu)方案，是因為它在航天系統(tǒng)里算比較成熟的技術(shù)，包括衛(wèi)星、飛船等航天器的太陽能電池帆板展開，使用的都是桿系結(jié)構(gòu)，就是要保證可靠性。”

國旗展示系統(tǒng)使用的支架結(jié)構(gòu)在空間環(huán)境中要承受冷熱交變、空間輻照、極低真空等惡劣環(huán)境考驗，如果選材不當(dāng)，可能會發(fā)生冷焊（即兩塊接觸金屬在太空極低真空環(huán)境下會粘連在一起），由此帶來的問題是機構(gòu)不能正常工作或打開。李云峰表示，“為了解決冷焊問題，我們對系統(tǒng)所有的機構(gòu)和關(guān)鍵位置都進行了防冷焊處理，以保證部件能滿足太空環(huán)境和月表對溫度的要求。”

多種試驗確保成功展開

保證可靠性是整個國旗展示系統(tǒng)的第一任務(wù)。據(jù)介紹，整套系統(tǒng)涉及解鎖、支架展開、支架固定等步驟，如果支架無法在月球上成功展開，一切都將前功盡棄。李云峰表示，“每個動作都要確保工作正常，而且一系列動作都必須在1秒鐘內(nèi)完成。”

火工品是整個國旗展示系統(tǒng)中最基礎(chǔ)的一環(huán)，如果它無法起爆解鎖，后續(xù)動作就無從談起。因此，負責(zé)機構(gòu)解鎖的火工品爆炸裝置成為了關(guān)鍵。研制人員表示，國旗展示系統(tǒng)使用的火工品在國內(nèi)同等用途和功能中屬于最小之一。小，意味著它對環(huán)境適應(yīng)性十分敏感，稍有不慎就可能失效，尤其是面對月球惡劣的溫差環(huán)境，更需要保證地面給它指令時就能成功起爆。面對這一難題，研制團隊通過將火工品放在負200攝氏度左右的液氮罐里和高溫環(huán)境下進行了幾十次試驗，模擬它在月球極大溫差環(huán)境下能否正常使用。

同時，在國旗展示系統(tǒng)中與火工品同樣重要的兩根扭簧則是機構(gòu)支架展開的關(guān)鍵動力源。為滿足月面展開的特殊要求，研制團隊專門找到彈簧生產(chǎn)廠家按照要求專門定制，然后在試驗室里對其進行高低溫、長期壓緊、拉伸等試驗，以及經(jīng)常觀察它的力學(xué)變化情況，以保證扭簧的可靠性。▲